同步发电机突然三相短路分析-第二讲

1、第二章 同步发电机突然三相短路分析主讲人：黎静华2.1同步发电机突然短路实测波形t=0 时同步发电机三相突然短路时的时同步发电机三相突然短路时的A相电流相电流的实测波形的实测波形测试条件：转子测试条件：转子励磁绕组有励磁、励磁绕组有励磁、定子回路开路即定子回路开路即空载运行情况下，空载运行情况下，定子三相绕组突定子三相绕组突然三相短路。然三相短路。2.1同步发电机突然短路实测波形t=0 时同步发电机三相突然短路时的励磁时同步发电机三相突然短路时的励磁电流的实测波形电流的实测波形测试条件：转子测试条件：转子励磁绕组有励磁、励磁绕组有励磁、定子回路开路即定子回路开路即空载运行情况下，空载运行情况下

2、，定子三相绕组突定子三相绕组突然三相短路。然三相短路。2.1同步发电机突然短路实测波形 t=0 时时,同步发电机定子绕组三相突然短路时的电流同步发电机定子绕组三相突然短路时的电流波形分解图如下波形分解图如下:2.1同步发电机突然短路实测波形2.1同步发电机突然短路实测波形短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中含有衰减的非周期分量；流中含有衰减的非周期分量；交流分量的幅值是衰减的，说明电势或阻抗是交流分量的幅值是衰减的，说明电势或阻抗是变化的。变化的。励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量，说明定子短路过

3、程中有一个复杂的电枢反分量，说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程。应过程。三相短路后内部物理过程和短路电流分析理想电机：理想电机：有阻尼绕组的凸极式同步有阻尼绕组的凸极式同步发电机发电机 定子方面定子方面有静止的三相绕有静止的三相绕组组a a、b b、c c； 转子方面转子方面有与转子一起旋有与转子一起旋转的一个转的一个励磁绕组励磁绕组f f、 纵轴等效阻尼绕组纵轴等效阻尼绕组D D和和横横轴等效阻尼绕组轴等效阻尼绕组Q Q。三相短路后内部物理过程和短路电流分析理想电机：理想电机：忽略磁饱和现象；忽略磁饱和现象；绕组都是对称的，（实际制作中并不对称）；绕组都是对称的，（实际制作中并不对称

4、）；定子磁势在空间按正弦规律变化；定子磁势在空间按正弦规律变化；忽略高次谐波（忽略沟槽的作用）。忽略高次谐波（忽略沟槽的作用）。短路后各绕组的磁链及电流分量定子绕组磁链和短路电流分量：定子绕组磁链和短路电流分量：转子以转子以0的转速旋转，主磁通的转速旋转，主磁通0交链定子交链定子abc绕组，即三相绕组的磁通绕组，即三相绕组的磁通 ：)cos(0000ta)120cos(0000tb)120cos(0000tc短路后各绕组的磁链及电流分量定子绕组磁链：定子绕组磁链：在在t=0（短路时刻）瞬间，各绕组的磁链初值为：（短路时刻）瞬间，各绕组的磁链初值为：000cosa)120cos(000b)120

5、cos(000c由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值。短路后各绕组的磁链及电流分量短路电流分量：短路电流分量：a i 是定子绕组中感应电流所产生的磁链，其中心轴偏离时间轴，则定子是定子绕组中感应电流所产生的磁链，其中心轴偏离时间轴，则定子电流中包含基频交流电流中包含基频交流i和直流分量和直流分量i。 短路后各绕组的磁链及电流分量三相绕组中的直流分量合成为一个空间静止的磁场三相绕组中的直流分量合成为一个空间静止的磁场 :短路后各绕组的磁链及电流分量三相绕组中的直流分量合成为一个空间静止的磁场三相绕组中的直流分量合成为一个空间静止的磁场 :当转子纵轴与重合时，气

6、隙最小，则电感系数L大，需 小；当转子纵轴与垂直时，气隙最大，则电感系数L小，需 大；由于磁阻的变化周期是180，所以非周期分量包含2倍频分量和直流分量： iiiii2励磁回路中的电流分量: 励磁电压作用下的 依然存在； 2. 定子三相交流产生去磁的旋转磁场 ad= -0, 其突然穿越励磁绕组，则励磁绕组要保持磁链不突变，需感生直流电流直流电流 ； 3.励磁绕组以同步转速切割空间静止的磁场 ，将产生基频交流基频交流 。4. fffrui0fwfiffffiiii0fi阻尼回路电流分量 : 磁链轴线在d轴方向的称为直轴阻尼绕组直轴阻尼绕组D， ； 2.磁链轴线在q轴方向的称为交轴阻尼绕组Q， ；

7、DDDiiiQQii定、转子回路电流分量的对应关系:自由电流分量：自由电流分量：维持绕组本身磁链不突变而感生的电流， 其衰减主要由该绕组的电阻所确定；强制电流分量：强制电流分量：由电势产生的电流。定、转子回路电流分量的衰减关系:Di定子绕组自由分量电流 、 按定子回路时间常数 衰减，所以，由静止磁场引起的转子电流 、 、 也按 衰减；维持转子绕组磁链不突变的自由分量电流 、 起到励磁电流的作用，其衰减变化引起定子周期分量电流由初始的 衰减到 的衰减远快于 ，则可认为 衰减完毕， 变化甚少；i2iaTfiDiQiaTfiDiI IDififi定、转子回路电流分量的衰减关系:定子三相短路后， 近似

8、不变而 衰减到零的过程的衰减时间常数为 ，其主要由阻尼绕组的电阻 所确定，是 衰减到 的过程； 衰减到零的过程的衰减时间常数为 ，其主要由励磁绕组的电阻 所确定，是 衰减到 的过程； fiDifidT DrI IdTfrII短路电流基频交流分量的稳态值 :稳态短路时的电枢反应 定子绕组电压方程：00UR00ddqxI jEdqdxEII0短路电流基频交流分量的初始值:不计阻尼回路时基频交流分量初始值不计阻尼回路时基频交流分量初始值 ：I 因I产生的电枢反应磁通 0RRf所经的磁路为绕励磁绕组外侧，其对应的电压降为 ，则电压方程为 adxI 00 xI jxI jEadqdqdxEII0短路电流

9、基频交流分量的初始值:计及阻尼回路时基频交流分量初始值计及阻尼回路时基频交流分量初始值 I” ：dqdxEII 0 I”为计及阻尼回路时初始基频交流电流-次暂态电流； 为绕励磁绕组和阻尼绕组外侧的定子磁通所对应的电抗-次暂态电抗 。dx 短路电流基频交流分量分析:II次暂态次暂态暂态暂态稳态稳态I”dx dxdxI短路电流的近似公式 :基频交流分量电流的近似公式 ：突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的阻抗分别为：突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的阻抗分别为： dx dxdx阻尼电流阻尼电流衰减完毕衰减完毕 稳态稳态 突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的电流分别为：突然短路过程中，电枢反应引起磁路变化，相应的电流分别为： dqxEI 0dqxEI0dqxEI0阻尼电流阻尼电流衰减完毕衰减完毕 稳态稳态 短路电流的近似公式 :基频交流分量电流的近似公式 ：突然短路过程中，相应的电流衰减变化的时间常数分别为突然短路过程中，相应的电流衰减变化的时间常数分别为 ： 起始起始 I 阻尼电流衰减完毕阻尼电流衰减完毕 IdT 阻尼电流衰减完毕阻尼电流衰减完毕 I稳态稳态 IdT短路电流的近似公式 :基频交流分量电流的近似公式 ： IeIIeIItIddTtTtm)()()( dTtddTtddqmxexx